К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 63
Текст из файла (страница 63)
При термичеаком испарении иапаряемый материал, как правило, расплавляется. Из-за большой разницы в давлении паров различных элементов состав иапаренного потока и мате- 178 Глава 2.6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК риала, остающегося в испарнтеле, постоянно меияегоя. При распьиении не требуется иыревать мишень до очень высоких температур, приводящих к сильному нагреву деталей внутрикамерных устройств и газовыделению с их поверхностей, как при термическом испарении в вакууме. Обьем рабочей камеры, необходимый для реализации магнетронного распылительиого устройства, существенно меньше, чем устройства с электронно-лучевым испарением. При подаче на подложку отрицательного потенциала относительно плазмы осажден не пленки в устройстве с магнетрониым распылением протекает одновременно с частичным обратным стравливанием.
Это позволяет спюживать рельеф поверхности осаждаемой пленки и упраюнпь структурой конденсирующегооя слоя. В контактном окне перед нанесением пленки металла верхнего уровня всегда присутствует оксидная пленка толщиной в единицы или десятки нанометров. С целью уменьшения контактного сопротивления и повышения выхода годных контактов ее необходимо стравить (обычно в плазме) и, не вынося пластины в атмосферу, передать их в камеру нанесения металла.
Использование ионов Аг для плазменной зачиспгн пластин и распыления мишени упрощает создание многокамерных установок для последовательного выполнения этих операций. При мапгетронном распылении и терьоиеском иоларении в вакууме распьгленный или испаряемый поток атомов практически без соударения достипют поверхности пластины. Если эти атомы не имеют достаточной энергии и не получают ее нри соударении с подложкой, то они, совершая незначительные колебательные д виню щи, закрепляются на поверхности практически в точке падения, кагс правило, со слабой связью с атомами поверхности пластины.
При этом осюкдающаяся пленка растет, а ее кристаллическая струюура ориентируется в направлении поступления конаенсирующихся атомов. При вакуумных мегодах нанесения пленок используются локализованные по площади источники конденсата. Испаряемые потоки вещества от различных участков источника обычно отличаются но составу, энергии и плотности потока, испускаемого источником в различных направлениях. Зги особенности следует учитывать при создании вакуумного оборудования для нанесении пленок с заданной неравномерностью толщины.
Поток массы вещеспю от Ьй точки испарителя илн ~'-й элементарной площадки раслыляемой мишени в тю точку конденющии в момент времени Г может быть рассчншн по формуле ад(г) = ~Р„(г)) Щу (ю)й где т~ - расход массы вещества в момент времени 1 из Ьй элементарной площадки испаритюи (распьпяемой мишени) в едиизщу време'.г'1рр (г)1 - фу ц щ симооп расхода вещества из Ьй точки испарителя (мишени) по различным направлениям в момент времени й Р» - расстояние между точками г и Г, г(ю) - функция распределения потока вещества по всем направлениям; е — телесный угол. За элеменирный отрезок времени ЛГ н (-й точке подложки конденсируется слой толщиной о лб (1) сбзР(гуРр Ь (2.6.1) где Л~~ — нормаль к поверхности конденсации в гзй точке подложки; у - плотность материала С ростом энергии конденоирующегосн атома илн температуры подложки амплитуда колебаний конденсирующегося атома увеличивается.
В поле поверхностных сил он можш соверпить ряд скачкообразных перемещений, пока не найдет более устойчивое положение. Следовюально, с повьппением температуры подложки появляется возможность перераспределения массы конденсат» по поверхности пластины. В этом случае рассчитанная по формуле (2.6.1) тоюцина пленки ЬЛ сконденсировавшаяся в точке у, перераспределятся по соседним участкам поверхности пластины.
Среднюю длину поверхностной диффузии Г. конденсирующегося атома можно считать пропоРЦиональной: схР1-Ед / (а2)1, гДе .Едэнерпи активации поверхностной диффузии конденсирующихся атомов; й - постоянны Больцмана; Т - температура подложки. Следовательно, рост пленки в каждой утй точке поверхности пластины будет определаться суммиронанием вклада всех учнстков в радиусе вокруг гтй точки, равном 31. (при точности нналюа Зо), учет поверхностной диффузии коцденспн очень вюкен при нанесении пленок на рельефную поверхность. При накуумных негодна нанесеши нз-за затенения от источника и изменения наклона поверхности в узких зазорах (отверстиях) реш,ефа пластины толщина конденсирующейся пленки значительно уменьшается, образуются трещины (рис. 2.6.3).
физичвскля су)цность Формировлния тонких плвнок 179 Рэс. 2.6з. Расчетаме врефавв авеаак, ееэжвеаамх ва трааеяаеввлэмя наагюрезмф в заэщеанеств эг его геенегрвчесалх рэзнереа: 1-4-а 90',5-Р-а 70',1,5-н/А 025;26-и/А 05;5,7-н/А=10;4,8-н/А 20; гле А = 1 мкн - ширина ссновалэя канавки; Н- высота кальвин; а - угол наклона бекешах стенок Ряс. 2.4.4. Тееяэвмвечааа малевал лишшмя: 7-и;г-ЯКЬ На нагретой подложке, если Ез не очень велико, образования трещин махно избежать, однако при нанесении пленок из А1 и его сплввов это реализуется не во всех случаях. Для тугоплавких металлов Е велико и нужны очень высокие температурм, чтобы поверхностная диффузии дала заметный эффект. Заполнить коншкпюе окно алюминием можно принудительно. Например, пластина с контактными оюшми и нанесенной на нее толстой пленкой А1 помешаеюя в камеру, в которую напускается аргон под давлением до 7107 Па и поддешкиваетсл температура до 430 С.
В этих условиях масса А1, нанесенная на пластину, перерэспределяется, вдавливаегся в контактное окно, создавая надежный контакт и планаризуя рельеф поверхности контакта. Используют методы нанесения пленок нз шзовой фазы. В этом случае источником является полусфера радиусом, равным средней длине свободного пробега газообразных исходных решентов. Обычно подбирают такие условия, чтобы химические реакции с образованием материала пленки протекали на поверхности пластины, концентрация исходных реагентов в каждой точке подчожхи была достаточной, а скорость осалдения пленки в основном определялась температурой. Молекула шзообразного реагента, адсорбируясь на поверхности пластины, перемещается по ией и попадает в углубление рельефа до момента протекания химической реакции. Этэ молекула, не вступая в химическую реакцию, может десорбироваться и повторно адсорбироваться в более труднодоступных участках углублений рельефа.
Все это способствует образованию на рельефной поверхности слоя более равномерной толшины, чем при вакуумных методах нанесения пленок. Характерным примером может служить газо фазное пир олитическое осэлдение слоев ЯОг и поликремння при формировании Шелевой изоляции (рис. 2.6.4). Слои 8102 и пслнкремния практически равномерно осаждаются на поверхности пластины, стенок и дна щелевидных канавок в кремнии.
Толщина слоя Я увеличивмтся до тех пор, пока канавка полностью не заполнится поликремнием. На поверхности поликремння в местах расположения щелей остаются небольшие упгубления. Затем на пластину наносят слой фоторезиста, который заполняет эти углубления и сглаживает рельеф поверхности. Пластина далее помешается в плазму, в которой фоторезист и поликремний траватся с одинаковой скоростью до стравливания Я до поверхности пластины.
Можно обойтись и без нанесения фоторезиста. Аналогичным методом можно заполнить узкие (менее 0,8 мкм) и глубокие (менее 1,5 мкм) контактные окна вольфрамом. Для этого используется реакция восстановления тт водородом из ЬУР4: тура + ЗНг = ьт(тв.) + бНР(газ.). Эта реакция хорошо протекает на меюллической поверхности, поэтому предварительно на поверхность пластины наносится проводящая пленка Тйч, которая одновременно служит адгезноиным слоем, так как по отношению к поверхности Яог слой Тч имеет слабую вдмзию.
Чаше всего пленка Тйч наносится реактивным магнетронным распылением, однако в узкие пгубокие окна пленку ТВЧ лучше наносить газофазным методом. Глава 26. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 188 2.6.2. Хврактериетвкн пленок диоксида кремвши, осажденных из парегааовых смесей Хар актера сшха Окисление мсвесилила ЯНиеОз Титраохслсвлан Термическое схжлевле 200 8(О ьр(Н) Неконформное Выделение водорода 2,3' 1,47 30 (скимаюзцие) - 30 (растяппиющие) 3-6 Температура, 'С Состав Воспроизведение рельефа 450 ЯОз(Н) Неконформное Уплотнение пленки 2,1 1,44 30 (раст>пинающие) 700 8102 Конформ нов 1250 Б(Оз Неконформное Стабильная Термосгабнльность Пленка стабильна 2,2 1,46 10 (сжимающиее) Плотность, г/смз Коэффициент преломления Упругое напряжение, ГПа 2,3 1,46 30 Максимальная напряженность электрического поли, выдерживаемая пленкой, йл 10-4, В/см Скорость травления, нм/мин (Н1О: НР = 100; 1) 10 10 40 Пленки металлов, осаждаемые из газовой фазы, кроме способности конформно покрывать рельефную поверхность, до|скны обладать высокой злектропроводностью, низкими механичеокями напряжениями, хорошей ашэзией к подложке.
При огпнмизации этих параметров необходимо правильно выбрать состав исходных шзообразных реагентов, конструкцию Реактора, технологические режимы. В частности, если пленки вольфрама, полученные термическим разложением карбонила вольфрама, имеют р = 150 мкОмсм из-за наличия примесей углерода, то при использования Реакции восстановления рррз водородом можно получить более чистые пленки Бу с р = = 8 ... 10 мкмОмем. Особенностью газофазного нанесения металлов является возможность селектнвного осаждения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
